Stickstoffeinsatz beim Wellenlöten

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1 Referent: Co-Autor: Johann Mästele - ACD, (D) Dr. Ernst Wandke - Linde Gas, (D) Gliederung 1. Die Firma ACD Elektronik GmbH 2. Warum Stickstoff? 3. Möglichkeiten der Stickstofferzeugung 4. Installationsmaßnahmen 5. Linde LIS System 6. Linde DIS System 7. DIS-System bei ACD 8. Ausblick 2 1

2 Die Firma ACD Elektronik GmbH Die Firma ACD Elektronik GmbH ACD ist eine europäische Unternehmensgruppe, bei der Hard- und Software aus einem Hause kommt. AUTOMATION COMPUTERTECHNIK DATENTECHNIK ACD Elektronik GmbH - Achstetten ACD Systemtechnik GmbH - Neustadt an der Orla 3 Die Firma ACD Elektronik GmbH - Produkte und Dienstleistungen - Automation Industrieelektronik - CAD-Elektrokonstruktion - Softwareerstellung für SPS-, CNC- & Roboter-systeme,Visualisierung, Retrofitting - Inbetriebnahme und Service Elektrotechnik - Schaltschrankbau - Maschinen- und Anlageninstallationen 4 2

3 Die Firma ACD Elektronik GmbH - Produkte und Dienstleistungen - Computertechnik EMS - Electronic Manufacturing Services - Elektronikentwicklung, CAD-Entflechtung - Elektronikfertigung und Qualitätssicherung - Leiterplatten- und Baugruppenbestückung 5 Die Firma ACD Elektronik GmbH - Produkte und Dienstleistungen - Datentechnik Mobile Solutions - Logistiklösungen für Handel und Industrie - Fahrzeugterminals und Industrie-PC - Handterminals - Mobile Arbeitsplätze - Funktechnik - Softwareentwicklung kundenspezifisch - Treiberprogrammierung 6 3

4 Die Firma ACD Elektronik GmbH - Produkte und Dienstleistungen - Antriebstechnik - Modular-SPS (Programmierung CoDeSys nach IEC61131) - Digitale Drehstrom Servoregler - Analoge Servoregler - Servomotoren - Motion Controller (SPS/PLC und IPC Basis) - Mechatronische Module 7 Die Firma ACD Elektronik GmbH - Qualitätssicherung - IPC-A-610 D ISO 9001:2000 ISO/TS

5 Warum Stickstoff? - Wirkung & Effekte - Wirkungsrichtung Verhindern oder Einschränken chemischer Reaktionen durch das Verdrängen des Luftsauerstoffes und der Luftfeuchtigkeit Primär - Effekte - Größere Oberflächenspannung Lot / Pad - Geringe Oxiderzeugung - Weniger unerwünschte Reaktionen mit Flussmittel und Verunreinigungen - Geringere Gas- und Feuchtigkeitsaufnahme 9 Warum Stickstoff? - Wirkung des Laufsauerstoffs auf die Lotoberfläche - Krätzeerzeugung als Funktion des Restsauerstoffgehalts in Stickstoff rel. Krätzeerzeugung in % (bez. auf die Menge, erzeugt bei 21% Sauerstoff) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Haupteinflussfaktoren - Wirkungsrichtung - Temperatur - Badbewegung - Lotzusammensetzung - Sauerstoffpartialdruck 5,0 0, Restsauerstoffgehalt[ppm] (1% = ppm) 10 5

6 Warum Stickstoff? - Wirkung des Laufsauerstoffs auf das Flussmittel - Sauerstoff führt zu - Verstärkter Abbindung (Oxidation) der reaktiven Gruppen - Verfestigung der Harzanteile im Flussmittel - Stabileren (schwerer zu entfernenden) Kohlenwasserstoffketten - Erschwertem Verdampfen des Lösungsmittels Folgen - Erhöhter Flussmittelverbrauch - Schwerer zu entfernende Verunreinigungen - Mehr Lunker im Lotpunkt - Erhöhte Nacharbeit - Größerer Wartungsaufwand - Verstärkte Reoxidation 11 Warum Stickstoff? - Wirkung des Stickstoffs im Lötprozess - Schnellere Aktivierung, besseres Verdampfen 250 C Aufheizen Halten Löten Kühlen Temperatur [ C] 200 C 150 C 100 C 50 C Schnelles Aktivieren, verbessertes Verdampfen Erhöhte Aktivität, schnellere Reduktion, geringere Oxidation verbessertes Verdampfen Verbesserte Benetzung, geringe Oxidation, verbessertes Ausdampfen, geringere Badtemperatur Geringere Oxidation, blanke Lötstellen Zeit [s] 12 6

7 Warum Stickstoff? - Vorteile beim Löten unter Schutzgas - - Geringerer Lotverbrauch, geringerer Flussmittelverbrauch - Geringere Probleme bei mehrfach aufeinander folgenden Lötprozessen - Größeres Prozessfenster, größere Flexibilität ohne Umstellung - Bessere Benetzung (bei gleicher Löttemperatur) - Steigerung der Lötqualität - Bessere Umweltverträglichkeit, u. a. milderes Flussmittel - Verbessertes Verdampfen von Lösungsmitteln - Weniger Verunreinigungen auf Leiterplatte und Rahmen - Weniger und kleinere Lunker in den Lötpunkten - Geringer oder kein Einfluss der Klimaschwankungen 13 Möglichkeiten der Stickstofferzeugung Kryogene-Anlage Membran-Anlage Adsorptions-Anlage 14 7

8 Möglichkeiten der Stickstofferzeugung - Vor- und Nachteile der Vor-Ort-Produktion durch Adsorptions- oder Membrananlage - Vorteile - Versorgung unabhängig vom LIN-Vertriebsnetz - Preisvorteil bei großen Abnahmemengen Nachteile - Verzicht auf einen größeren Teil der Vorteile des Stickstoffeinsatzes - Begrenzte Lebensdauer bei steigendem Reparaturaufwand - Eingegrenztes optimales Betriebsfeld, geringe Flexibilität - Hoher spezifischer Anlagen- und Wartungsaufwand - Geringere und abnahmeabhängige Reinheit - Hohe Investitionskosten - Notbegasung (wenn erforderlich) - Platzbedarf 15 Installationsmaßnahmen - Standard Gasinstallation - 5 N 2 1 Cu 22 x 1 8 to 10 bar Cu 10 x Tank und Verdampfer Lötmaschine 1) Hauptventil Gasversorgung 2) Andere Verbraucher 3) Hauptventil Lötmaschine 4) Druckregler 5) Manometer 6) Magnetventil 16 8

9 Installationsmaßnahmen - Umrüsten von Atmosphärenlötmaschinen N 2 1 N 2 N 2 Lötbad 1) Edelstahl - Titan - Konstruktion 2) Gaseinspeisung 17 Das Linde LIS-System -Vorteile - Vorteile - Krätzeeinsparung, 50-80% - Loteinsparung von mehr als 60% - Bis 70 % weniger Wartungsaufwand - Verbesserung der Qualität, verringerte Nacharbeit - Geringerer Flussmittelverbrauch oder Einsatz von milderen Flussmitteln - Geringer Gasverbrauch, 4-8 m³/h - Reinere Leiterplatten, Rahmen und Maschinen - Einfache, überschaubare Konstruktion - Einfachere Reinigung - Für nahezu alle Maschinentypen nutzbar - Einfache Montage in die Maschine 18 9

10 Das Linde LIS-System - Einsatz bei ACD - Eingesetzte LIS - Schutzgashaube Erreichte Werte 73% Loteinsparung 65% Krätzeeinsparung 30% Reduzierung von Flussmitteln 65% Reduzierung der Reinigungs- und Instandhaltung 35% Fehlerrückgang Gassteuertafel 19 Das Linde DIS-System - Solderflex Double Inerting System (DIS) - - Gedankenaustausch Mallorca 2006: Den Gedanken- und Ideenaustausch ungezwungen pflegen - Entwicklung und Umsetzung bei ACD - Ergebnis: Das DIS-System mit gemeinsamer Patentanmeldung - Heute: Fast weltweit geschützt 20 10

11 Das Linde DIS-System - Verbesserungen in der Volltunnelmaschine - Grundgedanke: Integration des LIS-Systems in eine Volltunnelmaschine 21 Das Linde DIS-System - Entwicklungsstufen - Entwicklungsstufen 1.) Erforschung der Einflüsse des DIS auf: - Prozessparameter / Stabilität - Materialerschöpfung (Flux, Lot, Gas) - Maschinenpflege 2.) Einflüsse verschiedener Gastypen (H2, He, Ar,...) auf die Lötqualität und das Prozessfenster 3.) Einflüsse des atmosphärischen Plasmas auf: - Lötqualität - Prozessparameter - Prozessfenster (fluxarmes / fluxloses Löten) 22 11

12 DIS-System bei ACD - DIS-Haube - DIS Haube mit Lötvorgang Gassteuertafel 23 DIS-System bei ACD - Messungen im ERSA Ofen - Durchschnittsverbrauch: 16,5m³/h 24 12

13 DIS-System bei ACD - Messungen nach der Linde DIS Installation - Durchschnittsverbrauch: 10,5 m³/h, nach der Optimierung 8,5 m³/h 25 DIS-System bei ACD - EWS 330 vs. N-Wave mit DIS - Materialeinsparung 26 13

14 DIS-System bei ACD - EWS 330 vs. N-Wave mit DIS - 27 DIS-System bei ACD - Maschinenstopps für Wartungen - Einsparung N-Wave mit DIS im Vergleich 23% 28 14

15 DIS-System bei ACD - Ergebnisse - Bisher erzielte Ergebnisse bei ACD - Höhere Reinheit der Atmosphäre durch Zusatzgaslanze - Minderung des Gasverbrauchs bis zu 50% - Mehr als 6 Wochen Produktion ohne Basisreinigung Noch unklar - Fluxmittel-Verbrauch - Lötqualität 29 Stand und Erfahrung bei der DIS-Einführung - Das Solderflex DIS-System wurde bisher in 3 verschiedene Fertigungsmaschinen integriert und läuft stabil - Geringer Arbeitsaufwand für die Installation des DIS-Systems - Installation innerhalb von 2 bis 4 Stunden - Teilweise Verwendung der maschinenspezifischen Begasungseinheiten möglich - ACD hat 4 Systeme installiert, arbeiten ausgezeichnet 30 15

16 Zusammenfassung und Ausblick - ACD nutzt Stickstoff in den Produktionsprozessen: Wellenlöten, Reflowlöten und Selektiv - Das Schutzgas ist fester Bestandteil einer erfolgreichen Technologieund Kostenentwicklung bei ACD. - Die Gasversorgung über Tank mit flüssigen Stickstoff hat sich bewährt: Zuverlässig, universelle Nutzung und Wirtschaftlichkeit - Weitere Verbesserungen sind erreichbar - Inertisierung mit Stickstoff wird eine immer bedeutendere Rolle als Produktionshilfsstoff spielen: Bauteilgeometrie, angestrebte Fehlerrate und zunehmender Kostendruck 31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! johann.maestele@acd-elektronik.de ernst.wandke@linde-gas.com 16